第36卷第2期2021年4月
Vol.36No.2
Apr.2021灾害学
JOURNAL OF CATASTROPHOLOGY
张涛，舒斌，解莉燕.云南突发灾害现场应急气象服务体系的构建[J].灾害学，2021,36(2)：181-186,199.[ZHANG Tao,SHU Bin and JIE Liyan.Construction o£On-site Emergency Meteorological Service System to Sudden-onset Disasters in Yunnan Province[J].Journal of Catastrophology,2021,36(2):181-186,199.doi：10.3969/j.issn.1000-811X.2021.02.032.] 云南突发灾害现场应急气象服务体系的构建”
张涛，舒斌，解莉燕
(云南省大气探测技术保障中心，云南昆明650034)
摘要：近年来极端天气、气候事件频发，影响日趋广泛，为制定防灾、减灾、抗灾决策，更好地保护人
民生命财产安全，迫切需要气象服务为地震、山洪泥石流等自然灾害现场提供更具针对性、准确性的基础保障。该文对2014年云南鲁旬6.5级地震现场应急气象保障服务过程回顾，总结应急现场气象服务的不足，分析应急现场气象服务的需求和特点，提出满足云南省突发灾害应急现场气象服务体系的主要功能，并具体分析系统各功能部分的设计技术要点。
关键词：云南；突发灾害；现场应急；气象服务体系
中图分类号：P41；X830.7；X43；X915.5；P315文献标志码：A文章编号：1000-811X(2021)02-0181-07
doi:10.3969/j.issn.1000-811X.2021.02.032
近年来，我国各类突发灾害事件，尤其是一些危害公共安全的事件给国家、社会和老百姓的生活带来很大影响，例如1998年罕见洪水、2006年的近50年来最强台风“桑美”、2008年南方冰雪灾害⑴和四川汶川特大地震灾害⑵等，暴露了我国预防和应对突发公共事件基础设施建设的不足。因此，尽快构建一整套应急管理机制和具有积极预防能力、快速响应能力、辅助决策支持能力的突发公共事件应急系统已经成为全社会的共识。
云南地处低纬高原，气象、地震等自然灾害频发，强降水常常导致严重的山洪、滑坡、泥石流等次生
地质灾害，带来重大的人员伤亡和财产损失，是制约云贵高原区社会经济发展的主要气象灾害之一⑶，气象部门从综合观测、信息传输、预报服务等方面做了很多工作““，并对灾害的监测和决策做了大量的分析［8'15］o但气象基础保障工作还不够完善，主要体现在如下几个方面：气象灾害的应急监测水平不高，尚未实现对灾害性天气全天候、无缝隙的实时监测，尤其是遇到重大灾害性天气、重大活动时，常规固定观测设备的资料收集尚不能满足此类事件应急观测的需要；气象服务的覆盖面不高，气象服务“最后一公里”的问题还未解决；应急技术支持和保障体系还比较滞后，对应急保障的反应能力不高，尚未建立与气象现代化建设相适应的健全、反应快速、保障有力的应急保障体系；针对突发社会安全事件、公共卫生事件、交通运输、核辐射事故、化学品和生产活动造成的环境污染和生态破坏事件等突发灾害的气象应急响应服务能力缺位，需要建立一套完整的气象应急响应服务体系［词。另外，从近些年来几次特大灾害(2014年云南鲁甸6.5级地震灾害事件R］、2014年“威马逊”超强台风灾害［则、2018年云南麻栗坡发生特大山洪泥石流灾害事件)的特点来看，云南灾害有向突发性、复杂性和不确定性方向发展的趋势，在某种程度上具有一定的不可预测性，而现有地面综合探测系统的“固网”特征临机应变的能力不强，有必要在灾害发生时能够在现场开展全方位、多要素的综合观测，并且能够在现场完成气象预报服务等工作，建立起一套完整的灾害现场应急气象服务保障体系。陈雨等通过构建气象应急车载系统为重大灾害和重大活动现场提供现场监测和气象服务「闵；高锤杰等通过中国气象局卫星数据广播系统(CMA-Cast)系统实现了应急移动气象台的卫星系统与国家局的卫星信号建立链接，开展视频会商、资料接收等相关业务确保了气象应急移动业务正常开展口°〕；
吴信明等针对南通市各种气象灾害多发的状况，提升其应急处置的能力，构建了大型、可移动气象台系统［如；于莉莉等从“8•12”天津港火灾爆炸事件应急气象服务入手，对重大突发事件应急气象服务进行分析、评估，讨论应急决策气象服务的重要性，提出提升应急决策气象服务能力的对策建议血〕。但这些系统都主要根据当地的地理环境构建了气象部门内部的移动气象服务平台，没有实现与气象部门综合观测网、移动观测网和各级突发事件预警信息发布中心实现同步共享功能，未形成一套完整的体系。随着云南气象事业现代化发展，我们已经初步建成了现代化
*收稿日期：2020-09-08修回日期：2020-11-17
基金项目：国家自然科学基金项目(91637210；41675075)；云南省气象局科研项目(YZ202003)
第一作者简介：张涛(1980-)，男，汉族，四川雅安人，高级工程师，主要从事气象探测和气象应急保障.E-mail：***************
182灾害学36卷
气象综合观测网系统，并于2017年完成了云南省
突发事件预警信息发布中心建设，打通了气象部门与各级政府部门的通道，为了切实发挥好气象
防灾减灾“第一道防线”作用，结合云南省地理环境实际情况，根据云南省人民政府的要求，我们
构建了一套完整的云南省突发灾害现场应急气象服务体系。
1云南鲁旬6.5级地震现场应急气象保障服务过程回顾
据中国地震台网测定，2014年8月3日16：30，云南省昭通市鲁甸县(27.1°N,103.3°E)发生6.5级地震，震源深度12km0据民政部门统计，此次地震共造成617人死亡，112人失踪。灾区活
动断裂密集发育，山体破碎疏松，造成滑坡等次生灾害多发。根据中国地震局发布的地震烈度，此次地震灾区最高烈度为IX度，等震线长轴总体呈北北西走向。IX度区面积为90km2,VII度区面积为290km2,VD度区面积1580km2,VI度区面积8390km2[18]o地震发生后，云南省气象局和相关州市及县气象局启动应急响应，各级气象部门严格按照应急预案的要求，做好气象服务工作，同时组成工作组开展现场服务。云南省气象应急保障团队于8月4日02时赶到昭通鲁甸县，并根据要求成立了1个临时指挥部和4个小分队，4个小分队分别驻守到震区最重的龙头山镇、堰塞湖区、会泽县、文屏镇进行现场气象保障服务。临时指挥部位于昭通鲁甸县气象局内，主要负责收集各小分队现场观测数据和国家、省天气预报材料，现场制作震区气象专题预报产品和灾区现场天气实况，把相关材料报给震区应急指挥部，并通过短信，让广大灾区众受益。四只小分队分别携带应急六要素气象观测站在各自点收集震区相关气象数据，并安排一辆移动X波段天气雷达和移动气象台在龙头山附近进行24h不间断震区降雨等天气监测。经过近4个月现场气象保障服务，云南省气象应急保障团队圆满完成了指挥中心对现场天气监测、天气预报、堰塞湖雨量监测等任务。
虽然在此次地震应急气象保障工作达到了预
期的目的，及时向相关部门提供了准确及时的预报资料和堰塞湖雨量监测，但同时也暴露出一些不足：①由于通信和道路等条件限制，省气象局临时指挥部无法在现场与省局进行天气视频会商;
②4个应急现场小分队仅能携带便携式自动气象站进行现场观测，观测方法单一；③无法与省局预警信息发布中心连接，无法现场制作预警信息，并及时发布；④震区现场观测资料与国家、省等各级观测预报资料繁多，没有一个系统来实现资料互传和现场实时显示分析；⑤缺少震区预报服务决策软件，无法现场制作决策预报服务产品。1.1应急现场气象服务的需求与特点
(1)应急现场气象条件复杂，需要利用现代化气象观测设备和技术，在应急现场开展开展多要素气象监测。以鲁甸地震为例，地震发生后，很多道路、房屋被摧毁，大量灾区众和救灾人员在灾区临时安置现场。由于正值鲁甸地区雨季(该地区雨季主要集中在4-10月)，地震后降雨会造成山体滑坡、泥石流等区域地质灾害危险，同时要防止大量雷暴天气对震区人员安置点的雷击对相关人员的危害，还有正值8月，该地区气温较高，防止出现疫情，特别是地震造成的堰塞湖，容易给震区造成二次灾难。所以有必要在现场根据当地天气特征，部署一定的气象观测设备进行现场观测，及时获取现场观测资料，同时通过有关软件及时获取震区应急现场某个区域范围内的云南省气象业务观测网的资料，这些资料为下一步现场制作天气预报和现场天气实况提供了数据依据。快 滚石30演唱会
(2)应急现场通信、道路条件受限，要在应急现场开展气象服务工作，需要配置一辆集先进的气象自动探测技术与卫星通信技术于一身的应急现场综合保障车。以鲁甸地震为例，地震发生后，移动通信受到破坏，虽然在部分区域有移动运营商提供应急移动保障服务，但主要针对指挥中心、救援团队等重要部门，无法满足震区所有部门的需求，要想在应急现场开展气象服务，及时把现场观测数据和预报产品上传至省级预警指挥中心，同时及时与中国局、省局等有关部门开展视频会商，急需一辆集气象自动探测技术与卫星通信技术于一体的应急现场综合保障车。
(3)应急现场需要配置一套气象保障服务系统，通过该系统能够实时查询到应急现场的气象实时观测资料和相关资料，能够进行相关预报产品和决策产品的制作，能够与省预警信息发布中心进行互联互通，实现现场预报产品的决策产品的发布，以及收集省预警发布中心的各种决策产品。以鲁甸地震为例，临时指挥部虽然设在县气象局，能够通过气象专网与国家局、省局等部门进行视频会商和资料传输，能够获取现场观测数据，但由于观测数据繁多，接口不统一，无法实现数据融合，需要通过多个软件才能实现观测数据的整编、分析，在制作相关预报产品时无法获取历史资料，无法快速制作震区天气实况分析、救援期天气预报、救援道路交通预报等服务材料。为了能够及时获取现场和区域内其他观测资料，及时获得各级领导的决策部署，在最短时间内做出专题天气预报和实况资料，需要建立一套应急快速响应气象保障服务系统。
2.2云南省突发事件应急现场服务体系总体框架
和功能介绍
⑴总体框架
为了提高应对重大气象灾害的能力和处置相关突发公共事件的气象应急保障能力，云南省气象局通过整合现有资源，构建了一套集先进的气象自动探测技术与卫星通信技术于一身的突发事件应急现场气象服务体系，总体框架如图1所示。该体系主要包括应急现场综合观测系统、移动式气象应急现场综合保障系统、应急现场气象预报与决策服务系统三大系统组成，主要包括应急现场气象综合探测网、卫星与4G等综合通信网络、视频会商与指挥调度、气象预报分析与服务等主要功能。应急气象预报与决策服务系统是应急服务体系的核心，应急现场综合观测系统集成了应急现场地面、高空、雷达、无人机等方面，形成了综合性的局地精细化的探测体系，通过探测数
2期张 涛，等：云南突发灾害现场应急气象服务体系的构建183
据实况分析系统收集应急现场周边地面观测数据, 构建综合控制系统数据显示与分析系统，为应急 现场决策提供强有力的分析依据。移动气象应急 现场综合保障系统能够在各类应急现场，短时间 内建立起与应急指挥中心、国家局和省局之间音 视频、数据信息的双向实时传输，实现远程指挥、 现场指挥、气象信息传输、视频会议、气象信息 显示和预报服务等功能。
(2)体系各功能模块介绍
应急现场综合观测系统是针对应急联动的气 象观测要求，集气象业务观测系统和移动式应急 观测系统于一体组成具有良好机动性观测特点的 综合观测网，并结合GIS 服务，提供高度灵活的区 域气象监测和特殊天气监测服务，实现直观高效 的便捷性操作和定制化综合观测服务。云南省气 象局目前建立了涵盖风云系列气象卫星、新一代 天气雷达、自动气象站网的综合观测系统，这些 新型观测设备能够在灾害性天气监测中发挥重要 作用［也。各观测网的站网布局如图2所示，全省 共有8个静止气象卫星中规模利用站、2个极轨气 象卫星接收站、12部新一代天气雷达(扫描半径为 150 km)、3 317个地面自动气象观测站、63个闪 电定位仪和55个大气电场仪等主要气象观测设备。 雷达扫描范围占全省面积的91%，自动站观测网 乡镇覆盖率达到99.6%，雷电监测基本达到了全 省全覆盖，数据传输时玻从1 h 提升豹1 min，实
现了卫星云图、降水、温度、风向和风速、雷电 等自然灾害和区域天气影响比较大的气象要素的 观测，为突发灾害应急提供了大量的气象实时和 历史观测资料。综合观测系统提供的大数据不仅 应用于气象灾害监测预警，还可应用于其他自然 灾害监测。
在应急现场虽然能够获取周边气象观测资料, 但为了更好地提供服务，我们需要在现场临时布 设一定的观测设备进行现场观测，以获取更多、 更精细的观测数据供预报和相关部门决策使用, 以鲁甸地震为例，虽然我们在龙头山镇和文屏镇 布置了两套六要素自动站进行观测，同时在龙头 山附近布置了一套X 波段天气雷达，获取了现场 的降水资料，对灾区降水提前做出了预报，但对 堰塞湖等灾害区域
无法提供实况观测资料。通过 应急现场保障体系建设，我们配置了移动风廓线 雷达、移动X 波段天气雷达，实现了应急现场的 风场、降水等灾害性天气的监测，通过应急现场 综合观测网，实现了应急现场自动站的联网观测, 特别是对某个区域的联网观测取得了很好的效果, 并配置了固定翼和多旋翼两类应急无人机，实时 对应急现场进行航拍，获取视频影像资料，同时 加载专业的气象传感器，实现了高空气象资料的 观测。同时，通过应急现场综合观测网的气象要 素融合显示，实现了云和降水、高空风和地面风、 高空温度和地面温度等多种观测资料的融合显示。
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图2云南省气象天气雷达、地面自动站和雷电观测设备站网布局图
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184灾害学36卷
移动式气象应急现场综合保障系统是应急现场气象服务的保障系统，它保障了应急人员能够在现场能
够开展应急观测，实现现场观测数据采集，与各级部门视频会商，现场制作预报产品和实况产品供现场指挥部和上级决策部门使用，在突发事件应急保障体系建设中重点考虑了车辆性能、通信网络配置、综合保障等需求。移动式气象应急现场综合保障系统车辆是由Volvo FM370改装而成，其马力大、动力足，应急时能够在云南大部分二级以上乡村道路上通行。系统主要包括信息系统、通信系统、综合保障系统三大部分。主要功能包括信息获取与处理、指挥调度、多种通信传输、多级视频会议、野外电力和生活等综合保障、预警信息现场发布服务等。信息系统主要包括音视频会议系统、集中控制系统、多媒体融合系统、局域网络等，拓扑图如图3所示，它支持卫星组播功能，视频会议与卫星组播功能的结合可节省带宽资源，卫星小站可以单向接收，无需回传链路；而且可以在低带宽下传输高清画面，例如：512K带宽下可以传输720P 视频图像，1M带宽下可以传输1080P视频图像。平滑的H264HP视频编码方式，不会因为瞬时产生的传输信号峰值而导致视频画面出现卡顿。可以和普通的地面线路视频会议系统兼容对接，形成一个完整的视频会议系统环境。通过卫星链路或光纤等通信链路，满足了与国家、省、州（市）等部门的视频会商需求。
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整个车辆配置了完善的移动通信系统，确保了在应急现场能够与各级保持正常的语音和视频通信，并且重点考虑了卫星通信系统。卫星通信系统作为突发事件应急气象服务体系建设中移动保障系统的多种通信手段中的重要一环，可以提供多种可靠业务应用，如话音服务、视频会议、图像传输、文件传输、专网接入等。卫星通信具有覆盖面广、容量巨大、通信不受地理环境和气候条件的限制且信道稳定、通信质量好等特点。尤其是Ku频段天线有着尺寸较小、车载安装容易、通信质量可靠等优点，在移动应急指挥通信中得以广泛应用，项目中选用亚洲5号卫星作为通信卫星，从亚洲5号通信卫星Ku波段场强覆盖图（图4）可以看出，亚5卫星基本能够覆盖中国大部分地区，而且场强很强，有利于卫星通信
图4亚洲5号通信卫星ku波段场强覆盖图
重型机械标准如图5所示，应急现场获取到现场气象观测资料和无人机视频航拍资料后，移动式气象应急现场综合保障系统首先通过应急车配备的卫星通信与中国气象局卫星地面接收站建立卫星通信链路（通信链路带宽最高可达4M bps），最终由中国气象局气象专网达到省、州（市）、县气象部n，实现了应急现场与国家、省、州、县视频连通，及时让各级部门了解和掌握应急现场的情况，安排部署应急现场相关工作。以上方案主要考虑了在应急现场移动通信网络中断情况下，利用卫星网络进行通信，利用中
国气象局地面接收站强大接收能力（其地面站天线5.4m，信道带宽9M bps），通过中国气象局专网进行传输，有效地保证了网络传输的安全性和带宽，在最短的时间内建立起安全畅通的通信网络。应急车上还配置了移动4G通信、天地通卫星电话、超短波通信系统等通信系统，形成多种通信链路互为备份。
图5移动式气象应急现场综合保障系统通信传输拓扑图
应急现场气象预报与决策服务系统是整个突发事件应急气象服务体系的核心，系统首先根据响应级别自动生成该突发事件的应急响应专项页面，并开通相应县、地（市）的访问权限。自动生成服务任务列表并进行自动化跟踪提醒。服务专页中地图自动定位到应急现场点位置，自动地图叠加显示周边气象站的最新实况。支持便捷査询相关站点的历史资料、最新预报等，并进行集成
2期张涛，等：云南突发灾害现场应急气象服务体系的构建185
显示。自动对所在周边县站的气候背景资料进行提取分析，方便预报员掌握未来一段时间的历史趋势。对及周边乡镇的乡镇预报、周边县站的城镇预报进行提取和集成展示，对影响救援的要素阈值进
行特别标注，救援因子阈值可以由系统管理员进行设置维护。对突发事件主要救援道路沿线的交通预报进行图形化展示，并实时刷新计算救援指标。
系统根据应急流程中定义的任务列表开始自动化服务流程驱动。定时自动生成信息快报产品，以及提醒省地县三级预报员制作相关的地震气象服务产品材料。根据应急流程规定的时间节点和发布对象，定时发布应急服务材料。所有涉及的流程节点、服务发布渠道、发布对象、产品模板等信息可以按照实际需要进行变更修改。
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山洪一申小交互引学
祁舸应15戒B染8BR导H 图6应急现场气象预报与决策服务系统数据传输逻辑图
图7
应急现场气象预报与决策服务系统主界面
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